إضافة نانومترية تنتج بيوجاز أكثر وبكفاءة الغاز الطبيعي

[القاهرة] توصل فريق بحثي من الجامعة الأمريكية بالقاهرة إلى حل عملي لتحسين كفاءة وقود البيوجاز، ليكون بمواصفات الغاز الطبيعي.

إحدى مشكلات البيوجاز (الوقود الحيوي) هي ارتفاع نسبة غاز ثاني أكسيد الكربون في مكوناته، والتي تؤدي إلى عدم استقرار اللهب، فما يلبث أن يشتعل، حتى ينطفئ، وهو أمر يعوق استخدام هذا الوقود، ما لم يجرِ ترشيح هذا المكون عبر بعض المرشحات، وهو الحل الذي تنتهجه الدول التي تنتج هذا الوقود بكميات كبيرة، مثل البرازيل والهند.

وبدلًا من هذا الحل المكلف ماديًّا، نجح الفريق البحثي الذي يقوده ناجح علام -أستاذ هندسة المواد بالجامعة- في التوصل إلى خلطة من مواد ذات بنية نانومترية تضاف إلى عملية إنتاج الوقود الحيوي.

جرى إنتاج الوقود عن طريق عملية التخمر اللاهوائي لبواقٍ زراعية بواسطة البكتيريا، وكانت دراسة هذه البكتيريا هي الأساس الذي ساعد الفريق البحثي على التوصل إلى خلطة مثالية تضاف إلى العملية.

تم اختبار الوقود الناتج في آلة احتراق داخلي تضاهي ما يحدث في السيارات، للتأكد من انتهاء مشكلة عدم استمرارية اللهب، والتي تؤدي عند استخدامه وقودًا للسيارات إلى توقف الموتور بعد تشغيله، كما تأكدوا من عدم وجود أي شوائب تؤثر على كفاءة الوقود.

جرى تصميم هذه الآلة واختبارها ضمن مشروع ممول بمبلغ مليون و300 ألف جنيه مصري من ’مصر الخير‘، إحدى المؤسسات الأهلية غير الهادفة للربح، والتي تهتم ضمن أنشطتها بتمويل البحث العلمي.

وظهرت نتائج المشروع، في شهر ديسمبر الماضي، إيجابية ومؤشرًا على نجاح الفكرة عند الانتقال إلى المستوى الصناعي الكبير.

ولم يفت علام تثمين ما أسدته مساهمة الباحثة فاطمة يحيى حسانين، المتخصصة في علوم الصيدلة، والمشاركة في المشروع؛ إذ أدت دراستها لـإنزيمات البكتريا المستخدمة في عملية التخمر اللاهوائي دورًا مهمًّا في إنجاحه باكتشاف أنها تفرز إنزيمات الحديد وأكسيد الزنك.

قبل هذا نجحت أبحاث تجرب مواد نانومترية بنسب خلط مختلفة من النيكل والحديد والكوبالت في حفز عملية التفاعل نحو إنتاج مزيد من الميثان، وهو المكون الرئيس للغاز الطبيعي، وتخفيض نسبة ثاني أكسيد الكربون المنتَجة، وكان لها نتائج طيبة.

لكن بعد دراسة فاطمة تحول التفكير إلى اتجاه آخر، إذ يقول علام: ”اختبرنا أكثر من خليط من المواد النانومترية، فاختبرنا مواد مصنعة من الزنك والحديد بمفردهما، واختبرنا مواد مصنعة من المادتين مضافًا إليهما أنابيب الكربون الناموترية، فوجدنا أن أفضل خلطة هي التي تحتوي على الزنك والحديد فقط، إذ ساعدت على إنتاج وقود حيوي بنسبة 90% ميثان و10% ثاني أكسيد الكربون، وهي نسبة ضمنت استمرارية اللهب والحصول على وقود تقترب كفاءته من كفاءة الغاز الطبيعي، ونُشرت هذه النتائج في إبريل الماضي بدورية الطاقة“.

يوضح علام: ”عند مقارنة كمية الطاقة الناتجة عن احتراق لتر من البيوجاز المحتوي على أقل نسبة من ثاني أكسيد الكربون (تقريبًا ١٢٪) بالطاقة الناتجة عن احتراق لتر من الغاز الطبيعي، وجدنا أن البيوجاز يعطي ٩٠٪ من كمية الطاقة الناتجة من احتراق لتر من الغاز الطبيعي“.

وانتقل علام وفريقه البحثي بعد إثبات المواصفات الجيدة للوقود معمليًّا إلى خطوة عملية، لضمان عدم وجود أي شوائب بالوقود عند استخدامه بشكل عملي، وتعاون مع قسم الميكانيكا بالجامعة الأمريكية في تصميم آلة احتراق داخلي تضاهي ما يحدث في موتور السيارة للتأكد من التخلص من مشكلة عدم استمرارية اللهب، والتي تؤدي عند استخدامه وقودًا للسيارات إلى توقف الموتور بعد تشغيله بشكل مستمر، كما تأكدوا من عدم وجود أي شوائب تؤثر على كفاءة الوقود، وجاءت النتائج إيجابية أيضًا.

ويقول علام: ”بحثُنا نموذج للتعاون بين أكثر من تخصص، وهي الهندسة والصيدلة والميكانيكا والكيمياء، ولولا هذا التعاون ما تمكنَّا من حل هذه المشكلة التي تعوق استخدام البواقي الزراعية كوقود فعال صديق للبيئة“.

ويسعى علام حاليًّا للحصول على تمويل، سواء من جهات داخل مصر أو خارجها؛ للانتقال بهذا العمل إلى مستوى أكبر، إذ يحتاج إلى اختبار نجاح الفكرة في مفاعل كبير ينتج كميةً كبيرةً من الغاز الحيوي.

ويضيف: ”حتى أُنتج 12 لترًا، أحتاج إلى إضافة نصف جرام من المواد النانومترية، وهذا كافٍ للحصول على وقود بكفاءة عالية، ولكن هل سيتغير سلوك البكتيريا عند إضافة المواد النانومترية بنِسب مختلفة عند الإنتاج الكبير، فهذا سؤال تتعين الإجابة عنه، ولن يتحقق ذلك إلا من خلال مفاعل كبير“.

يُثني محمد حمد -أستاذ الهندسة الكيماوية وطاقة الكتلة الحيوية بالمركز القومي للبحوث- على النتائج التي توصل إليها الباحث، لكونها تعمل على تحسين كفاءة الوقود من خلال دراسة البكتيريا، وهذه فكرة جديدة من نوعها، ولكن الحكم النهائي عليها ينتظر تجربة الإنتاج الكبير، للاطمئنان إلى أن كفاءة الوقود لن تتغير، وأن الاقتصاديات الخاصة بعملية الإنتاج تستحق الاستثمار.

يقول حمد لشبكةSciDev.Net : ”إذا استمرت كفاءة الوقود مع الإنتاج الكبير مثل ما تم تسجيله في البحث المنشور، وكانت الاقتصاديات الخاصة بالإنتاج الكبير مشجعة، فهذا يعني أن بإمكاننا توفير استخدام مهم للغاية للبواقي الزراعية، التي يصل حجمها في مصر سنويًّا إلى ما بين 22 إلى 26 مليون طن“.

ما أشار إليه حمد بخصوص اقتصاديات الإنتاج، يؤكد علام أنه الهدف الأساسي من بحثهم، لتقديم نقطة تميز عن الحلول المطروحة حاليًّا، والتي تستخدم المرشحات.

ويقول: ”طريقتنا تختصر عملية الترشيح عند إنتاج الوقود، وهذا يساعد على تقليل التكلفة إلى حدٍّ كبير، لا سيما أننا نعتمد على استخدام مواد نانومترية من خامات متوافرة في البيئة“.

هذا الموضوع أنتج عبر المكتب الإقليمي لموقع SciDev.Net بإقليم الشرق الأوسط وشمال أفريقيا